直徑只有24公裡,質量卻是地球的33萬倍,迄今為止最大質量中子星

2021-02-24 宇宙解碼

    天文學家發現了迄今為止最大質量的中子星,從理論上講,它幾乎大到無法存在。中子星是宇宙中最小的恆星,通常直徑約9公裡。它們是超新星的殘餘。但密度卻大得令人難以置信。此次探測到的中子星,距離地球4600光年,被稱為J0740 + 6620,它的質量是地球質量的333,000倍,是太陽質量的2.17倍。但這顆恆星直徑只有大約24公裡。

    中子星和黑洞一樣,都是在超新星災難性爆炸中死亡恆星的殘骸。當一顆恆星變成超新星時,其殘骸的核心會在自身的引力作用下坍塌。如果核心殘餘物足夠大,它可能就會形成一個黑洞,黑洞的引力非常強大,甚至光都無法逃逸;還有一種情況,質量較小的核心不會形成黑洞,會形成一顆中子星,之所以叫做中子星,是因為它的引力十分強大,可以把質子和電子一起壓碎,形成中子。

    您可以想像一種場景,把太陽那麼大的天體壓縮成一個城市大小,它該是何等緻密。中子星通常很小,質量卻和太陽的質量差不多。一塊方糖大小的中子星物質的質量約為1億噸,相當於整個人類人口的質量。這使得中子星成為除了黑洞之外宇宙中密度最大的物體。所以現在發現的這顆質量最大的中子星,其質量接近於緻密物體在將其自身壓入黑洞之前可以包含多少質量的極限。

    中子星本身正在快速旋轉,所以又被稱為脈衝星,因為它們從每個磁極發出無線電波束。光束模仿燈塔光束的掃描運動。脈衝星像原子鐘一樣起作用,因此天文學家可以利用它們發出的脈衝,來研究空間和時間。

    西維吉尼亞州的綠岸望遠鏡檢測到了這顆中子星的存在。他們本來並並沒有打算要尋找這顆中子星。這是他們在尋找引力波時的偶然發現。為了觀察引力波,他們需要觀察許多毫秒脈衝星 ,它們是快速旋轉的中子星。

    研究人員之所以能夠測量它的質量,是因為有一顆白矮星伴星扭曲了兩顆恆星周圍的空間。這種翹曲是脈衝星在太空中加速脈衝的一種方式。他們可以通過夏皮羅延遲現象了解白矮星和中子星的質量。中子星既神秘又迷人,這些城市大小的天體本質上是巨大的原子核。它們是如此巨大,以至於它們的內部呈現出奇怪的特性。發現物理和自然允許的最大質量,可以讓科學家了解關於天體物理學中原本無法觸及領域的新知識。

    由於中子星的神秘性質,天文學家們仍然想要回答更多關於中子星的問題,而這個獨特的中子星可以幫助他們。他們想知道被壓碎的中子是否會變成一種超流體,它們崩潰時是什麼樣子,以及重力起作用時的實際臨界點在哪裡。

    這個雙星系統的定位創造了一個奇妙的宇宙實驗室,中子星有這樣一個臨界點,內部密度會變得如此極端,以至於引力超過了中子抵抗進一步坍縮的能力。每一顆質量極大的中子星都讓科學家們更接近於確定那個臨界點,以便更好地理解這些令人難以置信的密度下的天體物理學。

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    如果黑洞是宇宙中最極端的現象,那麼中子星排名絕對緊隨在後。根據一篇新研究,科學家們對中子星進行了迄今為止最精細的測量:典型中子星的半徑為11公裡。中子星是目前天文學家可以直接觀測到的宇宙最稠密物體,如果不考慮理論中由通用物質組成的夸克星(Quark star),則形成自超新星爆炸之的中子星密度僅次於黑洞。一般而言,標準中子星的質量為1.4倍太陽質量(物體成為中子星的質量下限),上限約2.3倍太陽質量,超過此上限的稠密物體將會邁入更高端段——黑洞。
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    據澳大利亞媒體9月17日報導,天文學家已經發現了有史以來最大的中子星,「它幾乎不應該存在」。中子星是宇宙中最小的星體之一,其直徑相當於芝加哥或亞特蘭大等城市的大小。它們是超新星的殘餘。但它們的密度大得令人難以置信,質量比我們的太陽還要大---「所以,想想太陽被壓縮成一個城市大小」。